JP7022148B2 - Vertical FET structure - Google Patents

Vertical FET structure Download PDF

Info

Publication number
JP7022148B2
JP7022148B2 JP2019559011A JP2019559011A JP7022148B2 JP 7022148 B2 JP7022148 B2 JP 7022148B2 JP 2019559011 A JP2019559011 A JP 2019559011A JP 2019559011 A JP2019559011 A JP 2019559011A JP 7022148 B2 JP7022148 B2 JP 7022148B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
source
emitter
contact
elongated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019559011A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020505785A (en
Inventor
リュー,セイ-ヒュン
シュプバック,マーセロ
バークリー,アダム
アレン,スコット
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wolfspeed Inc
Original Assignee
Cree Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cree Inc filed Critical Cree Inc
Publication of JP2020505785A publication Critical patent/JP2020505785A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7022148B2 publication Critical patent/JP7022148B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7827Vertical transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608Silicon carbide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692Surface layout
    • H01L29/0696Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42372Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out
    • H01L29/42376Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out characterised by the length or the sectional shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42372Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out
    • H01L29/4238Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out characterised by the surface lay-out
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66053Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
    • H01L29/66068Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

[0001]本発明は、縦型電界効果トランジスタ(FET)構造に関する。 [0001] The present invention relates to a vertical field effect transistor (FET) structure.

[0002]炭化ケイ素(SIC)系金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)は、高電力用途において、MOSFETのケイ素(Si)系対応物に勝る著しい利点を提供する。しかしながら、SiC系MOSFETに勝る、Si系MOSFETが有する1つの利点は、より大きな内部ゲート-ソース容量CGSである。より大きなCGSを有することは、Si系MOSFETを、ドレインバイアスにおいての過渡現象に起因して誤ってターンオンさせないことにつながる。したがって、SiC系MOSFETに対する実効的なCGSを増大するための、空間効率のよい、効果的な技法に対する必要性が存する。 [0002] Silicon Carbide (SIC) -based Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) offer significant advantages over MOSFET silicon (Si) -based counterparts in high power applications. However, one advantage of Si-based MOSFETs over SiC-based MOSFETs is the larger internal gate-source capacitance CGS . Having a larger CGS leads to preventing Si-based MOSFETs from being accidentally turned on due to transients in the drain bias. Therefore, there is a need for space-efficient and effective techniques for increasing the effective CGS for SiC MOSFETs.

[0003]縦型電界効果トランジスタ(FET)構造を開示する。縦型FETは、上部表面、および、上部表面の反対の下部表面を有する炭化ケイ素基板と、炭化ケイ素基板の下部表面上のドレイン/コレクタコンタクトと、炭化ケイ素基板の上部表面上のエピタキシャル構造であって、そのエピタキシャル構造内に第1のソース/エミッタ注入物(implant)を形成した、エピタキシャル構造とを含む。ゲート誘電体を、エピタキシャル構造の一部分上に設ける。第1の複数のソース/エミッタコンタクト片を、ゲート誘電体が第1の複数のソース/エミッタコンタクト片の下方にないように、互いから間をおいて、第1のソース/エミッタ注入物上に隔置する。第1の細長のゲートコンタクトおよび第2の細長のゲートコンタクトは、ゲート誘電体上にあり、第1のソース/エミッタ注入物が、第1の細長のゲートコンタクトおよび第2の細長のゲートコンタクトの下方にあり、第1の細長のゲートコンタクトと第2の細長のゲートコンタクトとの間にあるように布置される。第1の複数のゲート間プレート(inter-gate plate)が、第1の細長のゲートコンタクトおよび第2の細長のゲートコンタクトのうちの少なくとも1つから、第1の複数のソース/エミッタコンタクト片の間に形成される空間内へと延在する。追加的な内部容量が提供され、第1の複数のゲート間プレートの各々は、第1のソース/エミッタ注入物の一部分と重なり、ゲート間プレートは、ゲート誘電体により分離される。エピタキシャル構造を、炭化ケイ素、または、他の適切な材料システムから形成してもよい。 [0003] A vertical field effect transistor (FET) structure is disclosed. A vertical FET is a silicon carbide substrate having an upper surface and an opposite lower surface of the upper surface, a drain / collector contact on the lower surface of the silicon carbide substrate, and an epitaxial structure on the upper surface of the silicon carbide substrate. It includes an epitaxial structure in which a first source / emitter implant is formed. The gate dielectric is provided on a portion of the epitaxial structure. Place the first source / emitter contact pieces on the first source / emitter injectate, spaced from each other so that the gate dielectric is not below the first source / emitter contact pieces. Isolate. The first elongated gate contact and the second elongated gate contact are on the gate dielectric and the first source / emitter injectate is of the first elongated gate contact and the second elongated gate contact. It is located below and is laid so as to be between the first elongated gate contact and the second elongated gate contact. The first plurality of inter-gate plates from at least one of the first elongated gate contact and the second elongated gate contact of the first plurality of source / emitter contact pieces. It extends into the space formed between them. Additional internal capacitance is provided, each of the first plurality of intergate plates overlaps a portion of the first source / emitter injectate, and the intergate plates are separated by a gate dielectric. The epitaxial structure may be formed from silicon carbide or other suitable material system.

[0004]第1の複数のゲート間プレートの各々は、第1の複数のソース/エミッタコンタクト片の近接する対の間に形成される空間を通って、第1の細長のゲートコンタクトと第2の細長のゲートコンタクトとの間に十分に延在してもよい。さらに、第1の細長のゲートコンタクト、第2の細長のゲートコンタクト、および、第1の複数のゲート間プレートを、同じまたは異なる平面内に、同じ材料から形成してもよい。 [0004] Each of the first plurality of intergate plates passes through the space formed between adjacent pairs of the first plurality of source / emitter contact pieces with the first elongated gate contact and the second. It may extend well between the elongated gate contacts of the. Further, the first elongated gate contact, the second elongated gate contact, and the first plurality of intergate plates may be formed from the same material in the same or different planes.

[0005]1つの実施形態において、縦型FETは、少なくとも、第1のトランジスタセルと、第2のトランジスタセルとを、第1の細長のゲートコンタクトが第1のトランジスタセルの一部を形成し、第2の細長のゲートコンタクトが第2のトランジスタセルの一部を形成するように含んでもよい。第1のソース/エミッタ注入物を、第1のトランジスタセルおよび第2のトランジスタセルにより共有してもよい。第1のトランジスタセルおよび第2のトランジスタセルは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)セル、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)セル、および同類のものであってもよい。 [0005] In one embodiment, the vertical FET forms at least a first transistor cell and a second transistor cell, and a first elongated gate contact forms part of the first transistor cell. , The second elongated gate contact may be included to form part of the second transistor cell. The first source / emitter injection may be shared by the first transistor cell and the second transistor cell. The first transistor cell and the second transistor cell may be a metal oxide semiconductor field effect transistor (PWM) cell, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) cell, and the like.

[0006]エピタキシャル構造は、中に第1のソース/エミッタ注入物が設けられる、第1のソース/エミッタウェルをさらに含んでもよい。MOSFET構成については、基板およびソース/エミッタ注入物を、第1の極性を有する材料によってドープし、第1のソースウェルを、第1の極性の反対の極性である第2の極性を有するドーピング材料によってドープする。IGBT構成については、基板およびソース/エミッタウェルを、第1の極性を有する材料によってドープし、第1のソース/エミッタ注入物を、第1の極性の反対の極性である第2の極性を有するドーピング材料によってドープする。 [0006] The epitaxial structure may further include a first source / emitter well in which the first source / emitter injectate is provided. For MOSFET configurations, the substrate and source / emitter injectate are doped with a material having a first polarity, and the first source well is a doping material with a second polarity that is the opposite polarity of the first polarity. Dope with. For IGBT configurations, the substrate and source / emitter wells are doped with a material having a first polarity and the first source / emitter injectate has a second polarity, which is the opposite polarity of the first polarity. Dope with a doping material.

[0007]縦型FETは、ゲート-ソース/エミッタ容量と、ゲート-ドレイン/コレクタ容量とを有し、ゲート間プレートに起因して、ゲート-ドレイン容量に対するゲート-ソース/エミッタ容量の比は、170、200、250、300、350、またはそれ以上より大きい。また、縦型FETは、ゲート-ソース/エミッタ容量と、ゲート-ドレイン/コレクタ容量とを備え、ゲート-ドレイン/コレクタ容量に対するゲート-ソース/エミッタ容量の比は、200から750の間である。また、縦型FETは、ゲート-ソース/エミッタ容量と、ゲート-ドレイン/コレクタ容量とを備え、ゲート-ドレイン/コレクタ容量に対するゲート-ソース/エミッタ容量の比は、300から1,000の間である。 [0007] The vertical FET has a gate-source / emitter capacitance and a gate-drain / collector capacitance, and the ratio of the gate-source / emitter capacitance to the gate-drain capacitance is due to the gate-to-gate plate. Greater than 170, 200, 250, 300, 350, or more. Further, the vertical FET includes a gate-source / emitter capacitance and a gate-drain / collector capacitance, and the ratio of the gate-source / emitter capacitance to the gate-drain / collector capacitance is between 200 and 750. Further, the vertical FET includes a gate-source / emitter capacitance and a gate-drain / collector capacitance, and the ratio of the gate-source / emitter capacitance to the gate-drain / collector capacitance is between 300 and 1,000. be.

[0008]MOSFETおよびIGBTデバイスの、ソース要素とエミッタ要素との、ならびに、ドレイン要素とコレクタ要素との間の類似性を考慮に入れて、形容詞ソース/エミッタおよびドレイン/コレクタを、MOSFET、IGBT、および同類のデバイスに対する対応する要素を一般的に説明するために使用する。例えば、細長のドレイン/コレクタコンタクトを、本明細書では、細長のドレインコンタクトおよび細長のコレクタコンタクトの両方を包含するように定義する。ソース/エミッタ領域を、本明細書では、ソース領域およびエミッタ領域の両方を包含するように定義する。ソース/エミッタウェルを、本明細書では、ソースウェルおよびエミッタウェルの両方を包含するように定義する。ソース/エミッタ注入物を、本明細書では、ソース注入物およびエミッタ注入物の両方を包含するように定義する、その他諸々である。ゲート-ソース/エミッタ容量は、事情次第で、デバイスの、ゲートと、ソースまたはエミッタのいずれかとの間の容量である。ゲート-ドレイン/コレクタ容量は、事情次第で、デバイスの、ゲートと、ドレインまたはコレクタのいずれかとの間の容量である。 [0008] The adjectives source / emitter and drain / collector are referred to as MOSFETs, IGBTs, taking into account the similarities between the source and emitter elements and between the drain and collector elements of MOSFETs and IGBT devices. And used to describe the corresponding elements for similar devices in general. For example, an elongated drain / collector contact is defined herein to include both an elongated drain contact and an elongated collector contact. The source / emitter region is defined herein to include both the source region and the emitter region. Source / emitter wells are defined herein to include both source wells and emitter wells. Source / emitter injects are defined herein to include both source and emitter injects, and so on. The gate-source / emitter capacity is, depending on the circumstances, the capacity between the gate of the device and either the source or the emitter. The gate-drain / collector capacity is, depending on the circumstances, the capacity between the gate and either the drain or the collector of the device.

[0009]当業者は、付随する図面の図と関連する、好ましい実施形態の、後に続く詳細な説明を読むことで、本開示の範囲を認識し、本開示の追加的な態様を理解するであろう。
[0010]本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する、付随する図面の図は、本開示のいくつかの態様を例解し、説明とともに、本開示の原理を解説する働きをする。
[0009] Those skilled in the art will recognize the scope of the present disclosure and understand additional aspects of the present disclosure by reading the subsequent detailed description of the preferred embodiments, associated with the figures of the accompanying drawings. There will be.
[0010] The accompanying drawings incorporated herein and forming part of this specification serve to illustrate, explain, and explain the principles of the present disclosure, along with illustrations of some aspects of the present disclosure. do.

[0011]本開示の1つの実施形態による、第1の場所においてのMOSFETセルの断面の図である。[0011] FIG. 6 is a cross-sectional view of a MOSFET cell at a first location according to one embodiment of the present disclosure. [0012]従来のMOSFETセルの上面視図である。[0012] It is a top view of the conventional MOSFET cell. [0013]本開示の1つの実施形態による、図1のMOSFETセルの上面視図である。[0013] Top view of the MOSFET cell of FIG. 1 according to one embodiment of the present disclosure. [0014]本開示の1つの実施形態による、第2の場所においての図1のMOSFETセルの断面の図である。[0014] FIG. 3 is a cross-sectional view of the MOSFET cell of FIG. 1 at a second location according to one embodiment of the present disclosure. [0015]従来のMOSFETセルについて、ドレイン-ソース電圧に対しての容量をプロットするグラフである。[0015] It is a graph which plots the capacity with respect to the drain-source voltage for the conventional MOSFET cell. 図1のMOSFETセルについて、ドレイン-ソース電圧に対しての容量をプロットするグラフである。It is a graph which plots the capacity with respect to the drain-source voltage about the MOSFET cell of FIG. [0016]本開示の1つの実施形態による、第1の場所においてのIGBTセルの断面の図である。[0016] FIG. 6 is a cross-sectional view of an IGBT cell at a first location according to one embodiment of the present disclosure. [0017]本開示の1つの実施形態による、第2の場所においての図7のIGBTセルの断面の図である。[0017] FIG. 6 is a cross-sectional view of the IGBT cell of FIG. 7 at a second location according to one embodiment of the present disclosure.

[0018]下記で記載する実施形態は、当業者が実施形態を実践することを可能にするための必要な情報を表し、実施形態を実践する最良の形態を例解する。後に続く説明を、付随する図面の図に照らして読むことで、当業者は、本開示の概念を理解することになり、本明細書で特に焦点を当てられない、これらの概念の応用例を認識することになる。これらの概念および応用例は、本開示、および付随する特許請求の範囲に含まれるということを理解すべきである。 [0018] The embodiments described below represent the necessary information to enable one of ordinary skill in the art to practice the embodiments and illustrate the best embodiments in which the embodiments are practiced. By reading the following description in the light of the accompanying drawings, those skilled in the art will understand the concepts of the present disclosure and will not be specifically focused on herein. Will be recognized. It should be understood that these concepts and applications are within the scope of this disclosure and the accompanying claims.

[0019]用語、第1の、第2の、その他を、本明細書では、様々な要素を説明するために使用することがあるが、これらの要素を、これらの用語により制限すべきではないということを理解することになる。これらの用語を、単に、1つの要素を別のものと区別するために使用する。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第1の要素を第2の要素と称することができ、同様に、第2の要素を第1の要素と称することができる。本明細書で使用する際、用語「および/または」は、関連する列挙される項目のうちの1つまたは複数の一切の組み合わせを含む。 [0019] Terms, first, second, and others may be used herein to describe various elements, but these elements should not be restricted by these terms. You will understand that. These terms are used simply to distinguish one element from another. For example, without departing from the scope of the present disclosure, the first element can be referred to as the second element, and similarly, the second element can be referred to as the first element. As used herein, the term "and / or" includes any combination of one or more of the relevant listed items.

[0020]層、領域、または基板などの要素を、別の要素「上に」ある、または、別の要素「上へと」延在すると言及するとき、その要素は、その別の要素上に直接的にある、もしくは、その別の要素上へと直接的に延在することができ、または、介在する要素が、さらには存在することがあるということを理解することになる。対照的に、要素を、別の要素「上に直接的に」ある、または、別の要素「上へと直接的に」延在すると言及するとき、介在する要素は存在しない。同じように、層、領域、または基板などの要素を、別の要素の「真上に」ある、または、他の要素の「真上に」延在すると言及するとき、その要素は、その他の要素の真上に直接的にある、もしくは、その別の要素の真上に直接的に延在することができ、または、介在する要素が、さらには存在することがあるということを理解することになる。対照的に、要素を、別の要素の「真上に直接的に」ある、または、別の要素の「真上に直接的に」延在すると言及するとき、介在する要素は存在しない。要素を、別の要素に「接続する」または「結合する」と言及するとき、その要素を、その他の要素に直接的に接続する、もしくは結合することができ、または、介在する要素が存在することがあるということを、さらには理解することになる。対照的に、要素を、別の要素に「直接的に接続する」または「直接的に結合する」と言及するとき、介在する要素は存在しない。 [0020] When an element such as a layer, area, or substrate is referred to as being "on" another element or extending "on" another element, that element is on top of that other element. It will be understood that there may be elements that are directly present or that can extend directly onto another element, or that intervene. In contrast, when referring to an element as being "directly above" another element or extending "directly above" another element, there are no intervening elements. Similarly, when an element such as a layer, area, or substrate is referred to as extending "directly above" or "directly above" another element, that element is the other. Understand that there may be elements that are directly above an element, or that can extend directly above another element, or that intervene. become. In contrast, when referring to an element as being "directly above" another element or extending "directly directly above" another element, there are no intervening elements. When an element is referred to as "connecting" or "joining" to another element, that element can be directly connected to, connected to, or intervening with the other element. You will even understand that there are things. In contrast, when referring to an element as "directly connecting" or "directly joining" to another element, there are no intervening elements.

[0021]「下方」または「上方」または「上側」または「下側」または「水平」または「垂直」などの相対関係を表す用語を、本明細書では、図において例解するような、1つの要素、層、または領域の、別の要素、層、または領域に対する関係性を説明するために使用することがある。これらの用語、および、上記で論考した用語は、図において図示される向きに加えて、デバイスの異なる向きを包括的に含むことを意図されるということを理解することになる。 [0021] Terms such as "downward" or "upper" or "upper" or "lower" or "horizontal" or "vertical" are used herein, as illustrated in the drawings. It may be used to describe the relationship between one element, layer, or region to another element, layer, or region. It will be understood that these terms, and the terms discussed above, are intended to comprehensively include different orientations of the device in addition to the orientations illustrated in the figure.

[0022]本明細書で使用する専門用語は、単に特定の実施形態を説明する目的のためのものであり、本開示について制限的であることを意図されない。本明細書で使用する際、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈で別段に明確に指示しない限り、複数形もまた含むことを意図される。用語「備える(3人称単数現在形)」、「備える(現在分詞)」、「含む(3人称単数現在形)」、および/または「含む(現在分詞)」は、本明細書で使用するとき、説述される特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を指定するが、1つまたは複数の、他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/または、それらの群の、存在または追加を排除しないということを、さらに理解することになる。 [0022] The terminology used herein is solely for the purpose of describing a particular embodiment and is not intended to be restrictive to the present disclosure. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural form as well, unless explicitly stated in the context. The terms "prepare (third person singular present tense)", "prepare (present tense)", "include (third person singular present tense)", and / or "include (present tense)" as used herein. Specifies the presence of the feature, integer, step, action, element, and / or component being described, but one or more other features, integer, step, action, element, component, and /. Or you will further understand that you do not rule out the existence or addition of those groups.

[0023]別段に定義しない限り、本明細書で使用するすべての用語(技術的および科学的用語を含む)は、本開示が属する技術分野の当業者により共通に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用する用語を、本明細書の文脈、および、関連性のある技術分野においてのそれらの用語の意味と整合する意味を有すると解釈すべきであり、理想化された、または、過度に形式的な語意では、本明細書で明示的にそのように定義しない限り、解釈することにはならないということを、さらに理解することになる。 [0023] Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. Have. The terms used herein should be construed as having a meaning consistent with the context of this specification and the meaning of those terms in the relevant art, idealized or. It is further understood that an overly formal meaning is not to be construed unless explicitly defined as such herein.

[0024]縦型FET構造を、本明細書で開示する。縦型FET構造は、上部表面、および、上部表面の反対の下部表面を有する炭化ケイ素基板と、炭化ケイ素基板の下部表面上のドレイン/コレクタコンタクトと、炭化ケイ素基板の上部表面上のエピタキシャル構造であって、そのエピタキシャル構造内に第1のソース/エミッタ注入物を形成した、エピタキシャル構造とを含む。ゲート誘電体を、エピタキシャル構造の一部分上に設ける。第1のソース/エミッタコンタクト片を、互いから間をおいて、第1のソース/エミッタ注入物上に隔置する。第1の細長のゲートコンタクトおよび第2の細長のゲートコンタクトは、ゲート誘電体上にあり、第1のソース/エミッタ注入物が、第1の細長のゲートコンタクトおよび第2の細長のゲートコンタクトの下方にあり、第1の細長のゲートコンタクトと第2の細長のゲートコンタクトとの間にあるように置かれる。ゲート間プレートが、第1の細長のゲートコンタクトおよび第2の細長のゲートコンタクトのうちの少なくとも1つから、第1のソース/エミッタコンタクト片の間に形成される空間内へと延在する。追加的な内部容量が提供され、第1の複数のゲート間プレートの各々は、第1のソース/エミッタ注入物の一部分と重なり、ゲート誘電体により分離される。エピタキシャル構造を、炭化ケイ素、または、他の適切な材料システムから形成してもよい。詳細を下記で提供する。 [0024] A vertical FET structure is disclosed herein. The vertical FET structure consists of a silicon carbide substrate having an upper surface and an opposite lower surface of the upper surface, a drain / collector contact on the lower surface of the silicon carbide substrate, and an epitaxial structure on the upper surface of the silicon carbide substrate. It includes an epitaxial structure in which a first source / emitter injectate is formed in the epitaxial structure. The gate dielectric is provided on a portion of the epitaxial structure. The first source / emitter contact pieces are spaced apart from each other on the first source / emitter injectate. The first elongated gate contact and the second elongated gate contact are on the gate dielectric and the first source / emitter injectate is of the first elongated gate contact and the second elongated gate contact. It is located below and so as to be between the first elongated gate contact and the second elongated gate contact. The intergate plate extends from at least one of the first elongated gate contact and the second elongated gate contact into the space formed between the first source / emitter contact pieces. Additional internal capacitance is provided, each of the first multi-gate intergate plates overlapping a portion of the first source / emitter injectate and separated by a gate dielectric. The epitaxial structure may be formed from silicon carbide or other suitable material system. Details are provided below.

[0025]図1を参照すると、DMOSFET(二重注入金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)に対するセルの断面が例解されている。セルに、全体的にMOSFETセル10と参照符号を付ける。MOSFETセル10を、様々な概念を説明するために使用するが、これらの概念は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、および同類のものを含む、事実上任意のタイプの縦型FET構造に適用可能である。 [0025] With reference to FIG. 1, a cross section of a cell with respect to a Power MOSFET (Double Injection Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is illustrated. The cells are generally labeled with MOSFET cells 10 and reference numerals. MOSFET cells 10 are used to illustrate various concepts, which are applicable to virtually any type of vertical FET structure, including isolated gate bipolar transistors (IGBTs), and the like. Is.

[0026]1つの実施形態において、MOSFETセル10を、二重イオン注入プロセスを使用して4H-または6H-炭化ケイ素(SiC)内に形成する。特に、MOSFETセル10は、N型ドーパントによって高濃度にドープされる(N+)、SiC基板12を含む。SiCエピタキシャル構造が、ドリフト領域14を設けるように、基板12の真上にあり、2つのソース領域16が、二重注入プロセスによって、エピタキシャル構造の上側一部分内に形成される。SiC材料システムを、エピタキシャル構造および基板12に対して使用するが、窒化ガリウム(GaN)などの他の材料システムが、本明細書で開示する概念から利益を得ることがある。ドリフト領域14を、N型ドーパントによって低濃度にドープする(N-)。各々のソース領域16は、P型ドーパントによって適度にドープされる(P)、ソースウェル18と、ソースウェル18の中にあり、ソースウェル18の上側表面の方に偏っているソース注入物20とを含む。ソース注入物20を、N型ドーパントによって高濃度にドープする(N+)。ソース領域16を、JFET(接合FET)領域がそれらのソース領域の間に形成されるように、互いから間をおいて、エピタキシャル構造の上側表面に沿って隔置する。 [0026] In one embodiment, MOSFET cells 10 are formed in 4H- or 6H-silicon carbide (SiC) using a dual ion implantation process. In particular, the MOSFET cell 10 includes a SiC substrate 12 that is heavily doped with an N-type dopant (N +). The SiC epitaxial structure is directly above the substrate 12 so as to provide the drift region 14, and two source regions 16 are formed in the upper portion of the epitaxial structure by a double injection process. Although SiC material systems are used for epitaxial structures and substrates 12, other material systems such as gallium nitride (GaN) may benefit from the concepts disclosed herein. The drift region 14 is doped with an N-type dopant at a low concentration (N−). Each source region 16 is moderately doped with a P-type dopant (P), with the source well 18 and the source injectate 20 located in the source well 18 and biased towards the upper surface of the source well 18. including. The source injectate 20 is heavily doped with an N-type dopant (N +). Source regions 16 are spaced along the upper surface of the epitaxial structure, spaced from each other so that JFET (junction FET) regions are formed between the source regions.

[0027]ゲート誘電体22が、エピタキシャル構造の上側表面上にある。細長のゲートコンタクト24が、ゲート誘電体22の真上にある。ソースコンタクト片26が、ソース領域16のそれぞれの一部分の真上にある。特に、各々のソースコンタクト片26は、対応するソースウェル18およびソース注入物20の外方一部分の真上にある。ゲート誘電体22は、ソースコンタクト片26の間に延在し、細長のゲートコンタクト24は、ゲート誘電体22の真上に、および、ソースコンタクト片26の間にある。しかしながら、細長のゲートコンタクト24は、ソースコンタクト片26に接触することにならず、ソースウェル18およびソース注入物20の内方一部分の真上に延在するのみであることになる。例解するように、細長のゲートコンタクト24は、ソース注入物20の小さい一部分のみの真上に延在する。細長のドレインコンタクト28を、基板12の下部側上に設ける。 [0027] The gate dielectric 22 is on the upper surface of the epitaxial structure. The elongated gate contact 24 is directly above the gate dielectric 22. The source contact piece 26 is directly above each portion of the source region 16. In particular, each source contact piece 26 is directly above the outer portion of the corresponding source well 18 and source injectate 20. The gate dielectric 22 extends between the source contact pieces 26, and the elongated gate contact 24 is directly above the gate dielectric 22 and between the source contact pieces 26. However, the elongated gate contact 24 does not come into contact with the source contact piece 26 and only extends directly above the inner portion of the source well 18 and the source injectate 20. As illustrated, the elongated gate contact 24 extends directly above only a small portion of the source injectate 20. An elongated drain contact 28 is provided on the lower side of the substrate 12.

[0028]動作において、細長のドレインコンタクト28およびソースコンタクト片26にわたる高電圧を、しきい値電圧より下のバイアスを細長のゲートコンタクト24にかけるとき、MOSFETセル10により持続させる。正バイアスを細長のゲートコンタクト24にかけるとき、電流が、ソースコンタクト片26から細長のドレインコンタクト28に流れることになる。図1において破線によって例解するように、電流は、ソースコンタクト片26から、ソース注入物20およびソースウェル18を横向きに通って、ならびに次いで、ドリフト領域14および基板12を垂直に通って、細長のドレインコンタクト28に流れることになる。 [0028] In operation, a high voltage across the elongated drain contact 28 and source contact piece 26 is sustained by the MOSFET cell 10 when a bias below the threshold voltage is applied to the elongated gate contact 24. When a positive bias is applied to the elongated gate contact 24, current will flow from the source contact piece 26 to the elongated drain contact 28. As illustrated by the dashed line in FIG. 1, the current is elongated from the source contact piece 26 through the source injectate 20 and the source well 18 sideways and then vertically through the drift region 14 and the substrate 12. Will flow to the drain contact 28 of.

[0029]高電力応用例に向けて適合する特定の実施形態については、基板12は、厚さにおいて、50umから600umの範囲に及ぶことがあり、濃度において、1×1018cm-3から1×1020cm-3の間でドープされることがある。ドリフト領域14は、厚さにおいて、3umから150umの範囲に及ぶことがあり、濃度において、1×1014cm-3から1×1018cm-3の間でドープされることがある。ソースウェル18は、厚さにおいて、0.2umから2umの範囲に及ぶことがあり、濃度において、1×1015cm-3から1×1019cm-3の間でドープされることがある。ソース注入物20は、厚さにおいて、0.1umから0.5umの範囲に及ぶことがあり、濃度において、1×1019cm-3から5×1021cm-3の間でドープされることがある。ゲート誘電体22を、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ハフニウムなどの高誘電率誘電体、および同類のものから形成してもよい。細長のゲートコンタクト24、ソースコンタクト片26、および、細長のドレインコンタクト28を、ポリシリコン、アルミニウムなどの金属、金属ケイ化物、および同類のものから形成してもよい。例示的なN型ドーパントは、窒素およびリンを含む。例示的なP型ドーパントは、アルミニウムおよびホウ素を含む。さらに、様々な層および領域のドーピング極性を、MOSFETセル10の応用例および所望の動作に応じて、逆にしてもよく、または修正してもよい。 [0029] For certain embodiments adapted for high power applications, the substrate 12 may range in thickness from 50 um to 600 um and in concentration from 1 × 10 18 cm -3 to 1. May be doped between × 10 20 cm -3 . The drift region 14 may range in thickness from 3 um to 150 um and may be doped in concentration between 1 × 10 14 cm -3 and 1 × 10 18 cm -3 . The source well 18 can range in thickness from 0.2 um to 2 um and can be doped in concentration between 1 × 10 15 cm -3 and 1 × 10 19 cm -3 . The source injectate 20 may range in thickness from 0.1 um to 0.5 um and is doped in concentration between 1 × 10 19 cm -3 and 5 × 10 21 cm -3 . There is. The gate dielectric 22 may be formed from high dielectric constant dielectrics such as silicon dioxide, silicon nitride, hafnium oxide, and the like. The elongated gate contact 24, source contact piece 26, and elongated drain contact 28 may be formed from a metal such as polysilicon, aluminum, metal silicide, and the like. Exemplary N-type dopants include nitrogen and phosphorus. Exemplary P-type dopants include aluminum and boron. In addition, the doping polarities of the various layers and regions may be reversed or modified, depending on the application of the MOSFET cell 10 and the desired operation.

[0030]図2を参照すると、従来のMOSFETセル10’に対する従来の配置設計の上面視図が例解されている。特に図2は、左から右に細長である、3つの従来のMOSFETセル10’を例解する。3つの細長のゲートコンタクト24、2つの細長のソース注入物20、および、2つの細長のソースコンタクト30を例解する。明確さのために、ゲート誘電体22を例解しない。この従来の配置設計は、ソースコンタクト片26を用いるのではなく、代わりに、連続的な細長のソースコンタクト30を使用する。細長のゲートコンタクト24の近接する対は、ソース注入物20の、反対位置の関係にある一部分の真上にある。細長のソースコンタクト30は、ソース注入物20の中央一部分の真上にあり、上記で特記したように、細長のゲートコンタクト24から間をおいて隔置される。 [0030] With reference to FIG. 2, a top view of a conventional layout design for a conventional MOSFET cell 10'is illustrated. In particular, FIG. 2 illustrates three conventional MOSFET cells 10', which are elongated from left to right. Three elongated gate contacts 24, two elongated source injections 20, and two elongated source contacts 30 are illustrated. For clarity, the gate dielectric 22 is not illustrated. This conventional arrangement design does not use the source contact piece 26, but instead uses a continuous elongated source contact 30. A close pair of elongated gate contacts 24 is directly above the opposite portion of the source injectate 20. The elongated source contact 30 is directly above the central portion of the source injectate 20 and is spaced apart from the elongated gate contact 24, as noted above.

[0031]後に続く論考は、MOSFETセル10のドレイン、ゲート、およびソースのうちの任意の2つの間で測定されるような、容量および電圧を含む、様々な計量に及ぶものである。これらの測定を、MOSFETセル10のドレイン(細長のドレインコンタクト28)、ゲート(細長のゲートコンタクト24)、およびソース(ソースコンタクト片26)と関連する、対応するコンタクトの間で行う。例えば、ゲート-ソース容量CGSは、ゲート(細長のゲートコンタクト24)とソース(ソースコンタクト片26)との間で測定される容量であり、ゲート-ドレイン容量CGDは、ゲート(細長のゲートコンタクト24)とドレイン(細長のドレインコンタクト28)との間で測定される容量である、等々である。IGBT実施形態については、これらの測定を、コレクタ、ゲート(細長のゲートコンタクト24)、およびエミッタと関連する、対応するコンタクトの間で行う。例えば、下記でさらに説明するように、ゲート-エミッタ容量CGEは、ゲートとエミッタとの間で測定される容量であり、ゲート-コレクタ容量CGCは、ゲートとコレクタとの間で測定される容量である。 The discussion that follows extends to various measurements, including capacitance and voltage, as measured between any two of the drain, gate, and source of the MOSFET cell 10. These measurements are made between the corresponding contacts associated with the drain (elongated drain contact 28), gate (elongated gate contact 24), and source (source contact piece 26) of the MOSFET cell 10. For example, the gate-source capacitance CGS is the capacitance measured between the gate (slender gate contact 24) and the source (source contact piece 26), and the gate-drain capacitance CGD is the gate (slender gate). The capacitance measured between the contact 24) and the drain (elongated drain contact 28), and so on. For IGBT embodiments, these measurements are made between the collector, the gate (slender gate contact 24), and the corresponding contacts associated with the emitter. For example, as further described below, the gate-emitter capacitance CGE is the capacitance measured between the gate and emitter, and the gate-collector capacitance CGC is the capacitance measured between the gate and collector. be.

[0032]MOSFETセル10’は、ゲート-ソース容量CGSおよびゲート-ドレイン容量CGDを含む内部容量を有する。ゲート-ソース容量CGS内の電荷が、いつデバイスがターンオンおよびターンオフすることになるかを決定する。ゲート-ドレイン容量CGD内の電荷が、ドレイン-ソース電圧VDSを決定する。高速のターンオフ過渡現象により引き起こされることがある、ドレインバイアスの急速な変化は、ゲート-ドレイン容量CGDによって、大きい量の電荷をゲートに向けて送る傾向がある。ゲートドライブは、通常、この電荷の大部分を吸収するが、電荷のすべてとは限らない。さらに、電荷は、瞬間的には吸収されない。非吸収の電荷は、ゲート-ソース容量CGSに対して瞬間的に共有される。ゲート-ソース容量CGSと共有される電荷は、ゲート-ソース電圧VGSを増大する。VGSがしきい値電圧より上に増大するとき、MOSFETセル10’は、誤ってターンオンすることになる。この現象を回避するための取り組みは、MOSFETセル10’の構造の外側の外部キャパシタを使用して、ゲートとソースとの間の外部容量を追加して、ゲート-ソース容量CGSを増大することに重点を置いてきた。残念ながら、これらの取り組みは、概ね非効果的であると判明しており、MOSFETセル10’が組み込まれるモジュールのサイズを増大しており、部品点数を増大し、そのことは、モジュールの信頼性に負の影響を与えることがある。 [0032] The MOSFET cell 10'has an internal capacitance including a gate-source capacitance CGS and a gate-drain capacitance CGD . The charge in the gate-source capacitance CGS determines when the device will turn on and off. The charge in the gate-drain capacitance CGD determines the drain-source voltage VDS. Rapid changes in drain bias, which can be caused by fast turn-off transients, tend to send large amounts of charge towards the gate due to the gate-drain capacitance CGD . Gate drives usually absorb most of this charge, but not all of it. Moreover, the charge is not absorbed instantaneously. The non-absorbed charge is instantaneously shared with respect to the gate-source capacitance CGS . The charge shared with the gate-source capacitance CGS increases the gate-source voltage VGS . When the VGS rises above the threshold voltage, the MOSFET cell 10'will erroneously turn on. Efforts to avoid this phenomenon are to use external capacitors outside the structure of MOSFET cell 10'to add external capacitance between the gate and source to increase the gate-source capacitance CGS. Has focused on. Unfortunately, these efforts have proven to be largely ineffective, increasing the size of the module in which the MOSFET cell 10'is incorporated, increasing the number of parts, which in turn increases the reliability of the module. May have a negative impact on.

[0033]ここで図3に目を向けると、本開示のMOSFETセル10に対する配置設計の上面視図が例解されている。細長のソースコンタクト30の代わりに、一連のソースコンタクト片26を、各々のソース注入物20の中間一部分の真上に設ける。結果として、開放区域を、近接するソースコンタクト片26の間の各々のソース注入物20の真上に形成する。これらの区域において、ゲート間プレート32を設ける。1つの実施形態において、ゲート間プレート32は、細長のゲートコンタクト24の延在部であり、各々のゲート間プレート32は、細長のゲートコンタクト24の近接するものを実際上接続する。したがって、細長のゲートコンタクト24、および、ゲート間プレート32を、同じ材料から、同じ平面内に、および、同じプロセスステップにおいて形成してもよい。1つの実施形態において、細長のゲートコンタクト24、および、ゲート間プレート32を、ポリシリコン、アルミニウムなどの金属、金属ケイ化物、および同類のものから形成してもよい。あるいは、ゲート間プレート32を、異なる材料から、同じまたは異なる平面内に、および、同じまたは異なるプロセスステップにおいて形成してもよい。 Looking at FIG. 3 here, a top view of the layout design for the MOSFET cell 10 of the present disclosure is illustrated. Instead of the elongated source contact 30, a series of source contact pieces 26 are provided directly above the middle portion of each source injectate 20. As a result, an open area is formed directly above each source injectate 20 between adjacent source contact pieces 26. Gate-to-gate plates 32 are provided in these areas. In one embodiment, the intergate plate 32 is an extension of the elongated gate contact 24, and each intergate plate 32 effectively connects adjacent ones of the elongated gate contact 24. Therefore, elongated gate contacts 24 and intergate plates 32 may be formed from the same material in the same plane and in the same process step. In one embodiment, the elongated gate contact 24 and the intergate plate 32 may be formed from a metal such as polysilicon, aluminum, metal silicide, and the like. Alternatively, the intergate plates 32 may be formed from different materials in the same or different planes and in the same or different process steps.

[0034]図4は、ゲート間プレート32を通してとられた、MOSFETセル10の断面(図3の切り口B-B)を例解し、細長のゲートコンタクト24、および、ゲート間プレート32は、ゲート誘電体22の真上にある連続的な導電構造から形成される。比較のために、図1は、ソースコンタクト片26のうちの1つを通してとられた、MOSFETセル10の断面(図3の切り口A-A)に対応する。 [0034] FIG. 4 illustrates a cross section of a MOSFET cell 10 (cut BB in FIG. 3) taken through an intergate plate 32, where the elongated gate contact 24 and the intergate plate 32 are gates. It is formed from a continuous conductive structure directly above the dielectric 22. For comparison, FIG. 1 corresponds to a cross section of MOSFET cell 10 (cut AA in FIG. 3) taken through one of the source contact pieces 26.

[0035]ゲート間プレート32の追加は、それぞれのMOSFETセル10のゲートとソースとの間の容量を追加する。追加的な容量を、
・ゲート間プレート32を、ソース領域16のソースウェル18およびソース注入物20の真上に与えること、ならびに、
・ゲート間プレート32を、ゲート誘電体22により、ソース領域16のソースウェル18およびソース注入物20から分離すること
により形成する。本質的には、各々のゲート間プレート32は、第1の容量性プレートを提供し、ソース領域16の重なり一部分は、第2の容量性プレートを与え、ゲート誘電体22は、第1の容量性プレートおよび第2の容量性プレートを分離する誘電材料を提供して、MOSFETセル10の中の追加的な内部容量を提供する。ゲート間プレート32を用いて、追加的な内部容量を提供することにより、MOSFETセル10の性能を、MOSFETセル10が用いられるモジュラ回路網のサイズの増大をほとんど、または全く伴わずに、大幅に高める。特に、この様式において、MOSFETセル10の中からゲート-ソース容量CGSを増大することは、MOSFETセル10の実効オン抵抗を増大することなく、高速度ターンオフの間の誤ったターンオン事象を抑制する一助となる。
The addition of the intergate plate 32 adds capacity between the gate and source of each MOSFET cell 10. Additional capacity,
The intergate plate 32 is provided directly above the source well 18 and the source injectate 20 in the source region 16 and
The intergate plate 32 is formed by separating the source area 16 from the source well 18 and the source injectate 20 with a gate dielectric 22. In essence, each intergate plate 32 provides a first capacitive plate, an overlapping portion of the source region 16 provides a second capacitive plate, and the gate dielectric 22 provides a first capacitive plate. A dielectric material that separates the sex plate and the second capacitive plate is provided to provide additional internal capacitance within the MOSFET cell 10. By using the intergate plate 32 to provide additional internal capacitance, the performance of the MOSFET cell 10 is significantly increased with little or no increase in the size of the modular network in which the MOSFET cell 10 is used. Increase. In particular, in this mode, increasing the gate-source capacitance CGS from within the MOSFET cell 10 suppresses false turn-on events during high speed turn-off without increasing the effective on-resistance of the MOSFET cell 10. It helps.

[0036]ゲート間プレート32は、近接するMOSFETセル10の細長のゲートコンタクト24の間に十分に延在する必要はない。例えば、ゲート間プレート32は、単純に、細長のゲートコンタクト24から、ソースコンタクト片26の間の区域内へと延在するタブと同類のものであってもよい。さらに、ゲート間プレート32は、矩形でなくてもよく、デバイス幾何形状および性能目標に基づいて、様々な形状、サイズ、および輪郭をもつことがある。同様に、ソース領域16、ソースウェル18、およびソース注入物20は、変動するパターンおよび形状をもつことがあり、よって、図4において図示される、単純な細長の谷部である必要はない。これらの実体の任意のものは、連続的な細長の谷部、はしご形状、および同類のものの、任意の組み合わせであってもよい。さらに、これらの実体は、応用例に応じて、細長で、それにもかかわらず不連続であってもよい。 [0036] The intergate plate 32 does not need to extend sufficiently between the elongated gate contacts 24 of the adjacent MOSFET cells 10. For example, the intergate plate 32 may simply be akin to a tab extending from the elongated gate contact 24 into the area between the source contact pieces 26. Further, the intergate plate 32 does not have to be rectangular and may have various shapes, sizes, and contours based on device geometry and performance goals. Similarly, the source region 16, the source well 18, and the source injectate 20 may have varying patterns and shapes, and thus need not be the simple elongated valleys illustrated in FIG. Any of these entities may be any combination of continuous elongated valleys, ladder shapes, and the like. Moreover, these entities may be elongated and nevertheless discontinuous, depending on the application.

[0037]図5および6のグラフは、それぞれ、ゲート間プレート32を伴わない、および伴う、MOSFETセル10を実装するSiCトランジスタデバイスの様々な容量を比較する。具体的には、各々のグラフは、1200Vを遮断し、20Aを通過させ、80ミリオームのオン状態抵抗(Rds-on)を有するように定格設定される電力炭化ケイ素MOSFETデバイスについて、ドレイン-ソース電圧VDSに対しての、ピコファラッド単位でのCiss、Coss、およびCrssをプロットする。Cissは、ゲート-ソース容量CGSおよびゲート-ドレイン容量CGDの合計と等しい(Ciss=CGS+CGD)。Crssは、ゲート-ドレイン容量CGDと等しい。Cossは、ドレイン-ソース容量CDSおよびゲート-ドレイン容量CGDの合計と等しい(Coss=CDS+CGD)。Crssは、ゲート-ドレイン容量CGDと等しい。これらの測定から、CGS対CGD比(CGS/CGD)を導出することができる。 The graphs of FIGS. 5 and 6, respectively, compare the various capacities of a SiC transistor device that mounts a MOSFET cell 10 with and without the intergate plate 32, respectively. Specifically, each graph cuts off 1200V, passes 20A, and drain-source voltage for a power silicon carbide MOSFET device rated to have an on-state resistance (Rds-on) of 80 milliohms. Plot the Ciss, C ossi , and C rss in picofarad units for VDS. C iss is equal to the sum of the gate-source capacity C GS and the gate-drain capacity C GD (C iss = C GS + C GD ). Crss is equal to the gate-drain capacitance CGD . C oss is equal to the sum of drain-source capacity CDS and gate-drain capacity C GD (C oss = CDS + C GD ). Crss is equal to the gate-drain capacitance CGD . From these measurements, the CGS to CGD ratio ( CGS / CGD ) can be derived.

[0038]特に、CGS=Ciss-CGDであり、Ciss=CGSプラスCGDである。900から1,000ボルトの間で、CGS対CGD比は、ゲート間プレート32を含まない従来のデバイスについて、近似的に124である。ゲート間プレート32を含む同様のデバイスについてのCGS対CGD比は、ゲート間プレート32を含まない従来のデバイスに勝る、3倍より多い、385である。ケイ素系デバイスが、この範囲内のCGS対CGD比を達成することができる一方で、炭化ケイ素系デバイスは、本開示のゲート間プレート32の実装より前にはできなかった。本明細書で開示する概念によって、炭化ケイ素系デバイスは、ケイ素系デバイスに匹敵するCGS対CGD比を達成し、一方で、炭化ケイ素系デバイスが、それらの炭化ケイ素系デバイスのケイ素系対応物に勝って提供する追加的な利益のすべてを享受することができる。実施形態に応じて、150、175、200、250、300、350、および400すらより大きいCGS対CGD比が、今や、(外部容量を要することなく)炭化ケイ素系MOSFETセル10に対して可能である。これらの範囲を、異なる実施形態において、500、750、および1000のCGS対CGD比により境界設定してもよい。 [0038] In particular, C GS = C iss -C GD and C iss = C GS plus C GD . Between 900 and 1,000 volts, the CGS to CGD ratio is approximately 124 for conventional devices that do not include the intergate plate 32. The CGS to CGD ratio for similar devices that include the intergate plate 32 is 385, which is more than three times higher than conventional devices that do not include the intergate plate 32. While silicon-based devices can achieve CGS to CGD ratios within this range, silicon carbide-based devices were not possible prior to the implementation of the intergate plate 32 of the present disclosure. By the concepts disclosed herein, silicon carbide-based devices achieve a CGS to CGD ratio comparable to silicon-based devices, while silicon carbide-based devices are silicon-based compatible with those silicon-based devices. You can enjoy all of the additional benefits that you can win and offer. Depending on the embodiment, the CGS to CGD ratio greater than 150, 175, 200, 250, 300, 350, and even 400 is now relative to the silicon carbide MOSFET cell 10 (without the need for external capacitance). It is possible. These ranges may be bounded by CGS to CGD ratios of 500, 750, and 1000 in different embodiments.

[0039]上記で特記したように、これらの概念を、MOSFETセル10に適用するのみではなく、IGBTなどの任意の縦型FETデバイスに適用することができる。図7は、例示的なIGBTセル34の断面を例解する。1つの実施形態において、IGBTセル34を、二重イオン注入プロセスを使用して4H-または6H-炭化ケイ素(SiC)内に形成する。特に、IGBTセル34は、P型ドーパントによって高濃度にドープされる(P+)、SiC基板36を含み、そのことは、IGBTセル34とMOSFETセル10との間の主要な違いを表す。MOSFETセル10においては、基板36を、N型ドーパントによって高濃度にドープする。エピタキシャル構造が、ドリフト領域38を設けるように、基板36の真上にあり、MOSFETセル10のソース領域16に似ている、2つのエミッタ領域40が、二重注入プロセスによって、エピタキシャル構造の上側一部分内に形成される。ドリフト領域38を、N型ドーパントによって低濃度にドープする(N-)。各々のエミッタ領域40は、P型ドーパントによって適度にドープされる(P)エミッタウェル42と、このエミッタウェル42の中にあり、このエミッタウェル42の上側表面の方に偏っているエミッタ注入物44とを含む。エミッタ注入物44を、N型ドーパントによって高濃度にドープする(N+)。エミッタ領域40を、JFET(接合FET)領域がそれらのエミッタ領域の間に形成されるように、互いから間をおいて、エピタキシャル構造の上側表面に沿って隔置する。 [0039] As noted above, these concepts can be applied not only to the MOSFET cell 10 but also to any vertical FET device such as an IGBT. FIG. 7 illustrates a cross section of an exemplary IGBT cell 34. In one embodiment, the IGBT cell 34 is formed in 4H- or 6H-silicon carbide (SiC) using a dual ion implantation process. In particular, the IGBT cell 34 contains a SiC substrate 36 that is heavily doped with a P-type dopant (P +), which represents the major difference between the IGBT cell 34 and the MOSFET cell 10. In the MOSFET cell 10, the substrate 36 is heavily doped with an N-type dopant. The epitaxial structure is directly above the substrate 36 so as to provide the drift region 38, and the two emitter regions 40, which are similar to the source region 16 of the MOSFET cell 10, are the upper part of the epitaxial structure by the double injection process. Formed inside. The drift region 38 is doped with an N-type dopant at a low concentration (N−). Each emitter region 40 is a (P) emitter well 42 moderately doped with a P-type dopant and an emitter injection 44 that resides in the emitter well 42 and is biased towards the upper surface of the emitter well 42. And include. The emitter injection 44 is heavily doped with an N-type dopant (N +). Emitter regions 40 are spaced along the upper surface of the epitaxial structure, spaced from each other so that JFET (junction FET) regions are formed between them.

[0040]ゲート誘電体46が、エピタキシャル構造の上側表面上にある。細長のゲートコンタクト48が、ゲート誘電体46の真上にある。エミッタコンタクト片50が、エミッタ領域40のそれぞれの一部分の真上にある。特に、各々のエミッタコンタクト片50は、対応するエミッタウェル42およびエミッタ注入物44の外方一部分の真上にある。ゲート誘電体46は、エミッタコンタクト片50の間に延在し、細長のゲートコンタクト48は、ゲート誘電体46の真上に、および、エミッタコンタクト片50の間にある。しかしながら、細長のゲートコンタクト48は、エミッタコンタクト片50に接触することにならず、エミッタウェル42およびエミッタ注入物44の内方一部分の真上に延在するのみであることになる。例解するように、細長のゲートコンタクト48は、エミッタ注入物44の小さい一部分のみの真上に延在する。細長のコレクタコンタクト52を、基板36の下部側上に設ける。 [0040] The gate dielectric 46 is on the upper surface of the epitaxial structure. The elongated gate contact 48 is directly above the gate dielectric 46. The emitter contact piece 50 is directly above each portion of the emitter region 40. In particular, each emitter contact piece 50 is directly above the outer portion of the corresponding emitter well 42 and emitter injector 44. The gate dielectric 46 extends between the emitter contact pieces 50, and the elongated gate contact 48 is directly above the gate dielectric 46 and between the emitter contact pieces 50. However, the elongated gate contact 48 does not come into contact with the emitter contact piece 50 and only extends directly above the inner portion of the emitter well 42 and the emitter injectate 44. As illustrated, the elongated gate contact 48 extends directly above only a small portion of the emitter injectate 44. An elongated collector contact 52 is provided on the lower side of the substrate 36.

[0041]高電力応用例に向けて適合する特定の実施形態については、基板36は、厚さにおいて、1umから400umの範囲に及ぶことがあり、濃度において、1×1018cm-3から1×1021cm-3の間でドープされることがある。ドリフト領域38は、厚さにおいて、10umから250umの範囲に及ぶことがあり、濃度において、1×1013cm-3から5×1016cm-3の間でドープされることがある。エミッタウェル42は、厚さにおいて、0.2umから2umの範囲に及ぶことがあり、濃度において、1×1015cm-3から1×1019cm-3の間でドープされることがある。エミッタ注入物44は、厚さにおいて、0.1umから0.5umの範囲に及ぶことがあり、濃度において、1×1019cm-3から5×1021cm-3の間でドープされることがある。ゲート誘電体46を、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ハフニウムなどの高誘電率誘電体、および同類のものから形成してもよい。細長のゲートコンタクト48、エミッタコンタクト片50、および、細長のコレクタコンタクト52を、ポリシリコン、アルミニウムなどの金属、金属ケイ化物、および同類のものから形成してもよい。ここでも、様々な層および領域のドーピング極性を、IGBTセル34の応用例および所望の動作に応じて、逆にしてもよく、または修正してもよい。 [0041] For certain embodiments adapted for high power applications, the substrate 36 may range in thickness from 1 um to 400 um and in concentration from 1 × 10 18 cm -3 to 1. May be doped between × 10 21 cm -3 . The drift region 38 can range in thickness from 10 um to 250 um and can be doped in concentration between 1 × 10 13 cm -3 and 5 × 10 16 cm -3 . Emitter wells 42 can range in thickness from 0.2 um to 2 um and can be doped in concentration between 1 × 10 15 cm -3 and 1 × 10 19 cm -3 . The emitter injectate 44 may range in thickness from 0.1 um to 0.5 um and is doped in concentration between 1 × 10 19 cm -3 and 5 × 10 21 cm -3 . There is. The gate dielectric 46 may be formed from high dielectric constant dielectrics such as silicon dioxide, silicon nitride, hafnium oxide, and the like. The elongated gate contact 48, emitter contact piece 50, and elongated collector contact 52 may be formed from a metal such as polysilicon, aluminum, metal silicide, and the like. Again, the doping polarities of the various layers and regions may be reversed or modified, depending on the application of the IGBT cell 34 and the desired operation.

[0042]IGBTセル34を実装するデバイスの上面視図は、図3において例解する上面視図と同一であり、ソース注入物20は、エミッタ注入物44に対応し、ソースコンタクト片26は、エミッタコンタクト片50に対応する。したがって、図7は、図3の断面A-Aに対応し、図8は、図3の断面B-Bに対応する。IGBTセル34についてのゲート間プレート32を、図8において例解し、ゲート間プレート32は、細長のゲートコンタクト48の延在部である。 The top view of the device on which the IGBT cell 34 is mounted is the same as the top view illustrated in FIG. 3, where the source injectate 20 corresponds to the emitter injector 44 and the source contact piece 26 is a source contact piece 26. Corresponds to the emitter contact piece 50. Therefore, FIG. 7 corresponds to the cross section AA of FIG. 3, and FIG. 8 corresponds to the cross section BB of FIG. The intergate plate 32 for the IGBT cell 34 is illustrated in FIG. 8, where the intergate plate 32 is an extension of the elongated gate contact 48.

[0043]MOSFETおよびIGBTデバイスの、ソース要素とエミッタ要素との、ならびに、ドレイン要素とコレクタ要素との間の類似性を考慮に入れて、形容詞ソース/エミッタおよびドレイン/コレクタを、MOSFET、IGBT、および同類のデバイスに対する対応する要素を一般的に説明するために使用する。例えば、細長のドレイン/コレクタコンタクトを、本明細書では、細長のドレインコンタクトおよび細長のコレクタコンタクトの両方を包含するように定義する。ソース/エミッタ領域を、本明細書では、ソース領域およびエミッタ領域の両方を包含するように定義する。ソース/エミッタウェルを、本明細書では、ソースウェルおよびエミッタウェルの両方を包含するように定義する。ソース/エミッタ注入物を、本明細書では、ソース注入物およびエミッタ注入物の両方を包含するように定義する、その他諸々である。ゲート-ソース/エミッタ容量は、事情次第で、デバイスの、ゲートと、ソースまたはエミッタのいずれかとの間の容量である。ゲート-ドレイン/コレクタ容量は、事情次第で、デバイスの、ゲートと、ドレインまたはコレクタのいずれかとの間の容量である。 [0043] The adjectives source / emitter and drain / collector are referred to as MOSFETs, IGBTs, taking into account the similarities between the source and emitter elements and between the drain and collector elements of MOSFETs and IGBT devices. And used to describe the corresponding elements for similar devices in general. For example, an elongated drain / collector contact is defined herein to include both an elongated drain contact and an elongated collector contact. The source / emitter region is defined herein to include both the source region and the emitter region. Source / emitter wells are defined herein to include both source wells and emitter wells. Source / emitter injects are defined herein to include both source and emitter injects, and so on. The gate-source / emitter capacity is, depending on the circumstances, the capacity between the gate of the device and either the source or the emitter. The gate-drain / collector capacity is, depending on the circumstances, the capacity between the gate and either the drain or the collector of the device.

[0044]当業者は、本開示の好ましい実施形態に対する改善および修正を認識するであろう。すべてのそのような改善および修正は、本明細書で開示する概念、および、後に続く特許請求の範囲に含まれると考えられる。 Those skilled in the art will recognize improvements and modifications to the preferred embodiments of the present disclosure. All such improvements and amendments are believed to be included in the concepts disclosed herein and in the claims that follow.

Claims (27)

・上部表面、および、前記上部表面の反対の下部表面を有する炭化ケイ素基板と、
・前記炭化ケイ素基板の前記下部表面上のドレイン/コレクタコンタクトと、
・前記炭化ケイ素基板の前記上部表面上のエピタキシャル構造であって、中に第1のソース/エミッタ注入物が設けられる第1のソース/エミッタウェルが前記エピタキシャル構造内に形成されている、エピタキシャル構造と、
・前記エピタキシャル構造の一部分上のゲート誘電体と、
・第1の複数のソース/エミッタコンタクト片であって、前記ゲート誘電体が前記第1の複数のソース/エミッタコンタクト片の下方にないように、互いからそれぞれ間をおいて、前記第1のソース/エミッタウェルの連続的な部分上、および前記第1のソース/エミッタ注入物の連続的な部分上に直接隔置される、第1の複数のソース/エミッタコンタクト片と、
・第1の細長のゲートコンタクトおよび第2の細長のゲートコンタクトであって、前記ゲート誘電体上にあり、前記第1のソース/エミッタ注入物が、前記第1の細長のゲートコンタクトおよび前記第2の細長のゲートコンタクトの下方にあり、前記第1の細長のゲートコンタクトと前記第2の細長のゲートコンタクトとの間にあるように置かれる、第1の細長のゲートコンタクトおよび第2の細長のゲートコンタクトと、
・前記第1の細長のゲートコンタクトおよび前記第2の細長のゲートコンタクトのうちの少なくとも1つから、前記第1の複数のソース/エミッタコンタクト片の間に形成される空間内へと延在する第1の複数のゲート間プレートと、
を備え、前記第1の複数のゲート間プレートは、前記ゲート誘電体により、前記第1のソース/エミッタ注入物の一部分から分離されている、縦型電界効果トランジスタ(FET)構造。
A silicon carbide substrate having an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface.
The drain / collector contact on the lower surface of the silicon carbide substrate,
The epitaxial structure on the upper surface of the silicon carbide substrate, wherein the first source / emitter well in which the first source / emitter injection is provided is formed in the epitaxial structure. When,
-The gate dielectric on a part of the epitaxial structure and
The first plurality of source / emitter contact pieces, each spaced from each other so that the gate dielectric is not below the first plurality of source / emitter contact pieces. 1 .
A first elongated gate contact and a second elongated gate contact that are on the gate dielectric and the first source / emitter injectate is the first elongated gate contact and said first. A first elongated gate contact and a second elongated gate contact located below the two elongated gate contacts and between the first elongated gate contact and the second elongated gate contact. Gate contact and
• Extends from at least one of the first elongated gate contact and the second elongated gate contact into the space formed between the first plurality of source / emitter contact pieces. The first plurality of intergate plates and
The first plurality of intergate plates are separated from a portion of the first source / emitter injection by the gate dielectric, a vertical field effect transistor (FET) structure.
少なくとも、第1のトランジスタセルと、第2のトランジスタセルとを、前記第1の細長のゲートコンタクトが前記第1のトランジスタセルの一部を形成し、前記第2の細長のゲートコンタクトが前記第2のトランジスタセルの一部を形成するようにさらに含み、追加的な内部容量が提供され、前記第1の複数のゲート間プレートの各々は、前記第1のソース/エミッタ注入物の前記一部分と重なる、請求項1に記載の縦型FET構造。 At least the first transistor cell and the second transistor cell, the first elongated gate contact forms a part of the first transistor cell, and the second elongated gate contact is the first. Further included to form part of the transistor cell of 2, additional internal capacitance is provided, each of the first plurality of intergate plates with said portion of the first source / emitter injection. The vertical FET structure according to claim 1, which overlaps. 前記第1のソース/エミッタ注入物を、前記第1のトランジスタセルおよび前記第2のトランジスタセルにより共有する、請求項2に記載の縦型FET構造。 The vertical FET structure according to claim 2, wherein the first source / emitter injection material is shared by the first transistor cell and the second transistor cell. 前記第1のトランジスタセルおよび前記第2のトランジスタセルは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)セルである、請求項3に記載の縦型FET構造。 The vertical FET structure according to claim 3, wherein the first transistor cell and the second transistor cell are metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) cells. 前記第1のトランジスタセルおよび前記第2のトランジスタセルは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)セルである、請求項3に記載の縦型FET構造。 The vertical FET structure according to claim 3, wherein the first transistor cell and the second transistor cell are insulated gate bipolar transistor (IGBT) cells. 前記炭化ケイ素基板および前記第1のソース/エミッタ注入物を、第1の極性を有する材料によってドープし、前記第1のソース/エミッタウェルを、前記第1の極性の反対の極性である第2の極性を有するドーピング材料によってドープする、請求項1に記載の縦型FET構造。 The silicon carbide substrate and the first source / emitter injectate are doped with a material having the first polarity, and the first source / emitter well is made of a second polarity opposite to the first polarity. The vertical FET structure according to claim 1, which is doped with a doping material having the same polarity as. 前記炭化ケイ素基板および前記第1のソース/エミッタウェルを、第1の極性を有する材料によってドープし、前記第1のソース/エミッタ注入物を、前記第1の極性の反対の極性である第2の極性を有するドーピング材料によってドープする、請求項1に記載の縦型FET構造。 The silicon carbide substrate and the first source / emitter well are doped with a material having the first polarity, and the first source / emitter injectate is a second polarity opposite to the first polarity. The vertical FET structure according to claim 1, which is doped with a doping material having the same polarity as. 前記第1の複数のゲート間プレートの各々は、前記第1の複数のソース/エミッタコンタクト片の近接する対の間に形成される空間を通って、前記第1の細長のゲートコンタクトと前記第2の細長のゲートコンタクトとの間に延在する、請求項1に記載の縦型FET構造。 Each of the first plurality of gate-to-gate plates passes through a space formed between adjacent pairs of the first plurality of source / emitter contact pieces to the first elongated gate contact and the first. The vertical FET structure according to claim 1, which extends between the elongated gate contact of 2. 前記第1の細長のゲートコンタクト、前記第2の細長のゲートコンタクト、および、前記第1の複数のゲート間プレートは、同じ材料から形成される、請求項1に記載の縦型FET構造。 The vertical FET structure according to claim 1, wherein the first elongated gate contact, the second elongated gate contact, and the first plurality of intergate plates are made of the same material. 前記第1の細長のゲートコンタクト、前記第2の細長のゲートコンタクト、および、前記第1の複数のゲート間プレートは、同じ材料から、共通の平面上に形成される、請求項1に記載の縦型FET構造。 The first elongated gate contact, the second elongated gate contact, and the first plurality of intergate plates are formed from the same material on a common plane, according to claim 1. Vertical FET structure. 前記エピタキシャル構造は、炭化ケイ素から形成される、請求項1に記載の縦型FET構造。 The vertical FET structure according to claim 1, wherein the epitaxial structure is formed of silicon carbide. 前記第1の細長のゲートコンタクトの一部分が、前記第1のソース/エミッタ注入物の第1の部分と重なり、前記第2の細長のゲートコンタクトの一部分が、前記第1のソース/エミッタ注入物の第2の部分と重なる、請求項1に記載の縦型FET構造。 A portion of the first elongated gate contact overlaps the first portion of the first source / emitter injection and a portion of the second elongated gate contact is the first source / emitter injection. The vertical FET structure according to claim 1, which overlaps with the second part of the above. ゲート-ソース/エミッタ容量と、ゲート-ドレイン/コレクタ容量とをさらに備え、前記ゲート-ドレイン/コレクタ容量に対する前記ゲート-ソース/エミッタ容量の比は、170から1000の範囲にある、請求項1に記載の縦型FET構造。 The gate-source / emitter capacity and the gate-drain / collector capacity are further provided, and the ratio of the gate-source / emitter capacity to the gate-drain / collector capacity is in the range of 170 to 1000, claim 1. The vertical FET structure described. ゲート-ソース/エミッタ容量と、ゲート-ドレイン/コレクタ容量とをさらに備え、前記ゲート-ドレイン/コレクタ容量に対する前記ゲート-ソース/エミッタ容量の比は、250から1000の範囲にある、請求項1に記載の縦型FET構造。 The gate-source / emitter capacity and the gate-drain / collector capacity are further provided, and the ratio of the gate-source / emitter capacity to the gate-drain / collector capacity is in the range of 250 to 1000, claim 1. The vertical FET structure described. ゲート-ソース/エミッタ容量と、ゲート-ドレイン/コレクタ容量とをさらに備え、前記ゲート-ドレイン/コレクタ容量に対する前記ゲート-ソース/エミッタ容量の比は、350から1000の範囲にある、請求項1に記載の縦型FET構造。 The gate-source / emitter capacity and the gate-drain / collector capacity are further provided, and the ratio of the gate-source / emitter capacity to the gate-drain / collector capacity is in the range of 350 to 1000, claim 1. The vertical FET structure described. ゲート-ソース/エミッタ容量と、ゲート-ドレイン/コレクタ容量とをさらに備え、前記ゲート-ドレイン/コレクタ容量に対する前記ゲート-ソース/エミッタ容量の比は、200から750の間である、請求項1に記載の縦型FET構造。 The gate-source / emitter capacity and the gate-drain / collector capacity are further provided, and the ratio of the gate-source / emitter capacity to the gate-drain / collector capacity is between 200 and 750, claim 1. The vertical FET structure described. ゲート-ソース/エミッタ容量と、ゲート-ドレイン/コレクタ容量とをさらに備え、前記ゲート-ドレイン/コレクタ容量に対する前記ゲート-ソース/エミッタ容量の比は、300から1,000の間である、請求項1に記載の縦型FET構造。 A gate-source / emitter capacity and a gate-drain / collector capacity are further provided, and the ratio of the gate-source / emitter capacity to the gate-drain / collector capacity is between 300 and 1,000. The vertical FET structure according to 1. 前記エピタキシャル構造は、前記第1のソース/エミッタ注入物から間をおいて隔置される、第2のソース/エミッタ注入物をさらに含み、
・第2の複数のソース/エミッタコンタクト片であって、前記ゲート誘電体が前記第2の複数のソース/エミッタコンタクト片の下方にないように、互いから間をおいて、前記第2のソース/エミッタ注入物上に隔置される、第2の複数のソース/エミッタコンタクト片と、
・第3の細長のゲートコンタクトであって、前記ゲート誘電体上にあり、前記第2のソース/エミッタ注入物が、前記第1の細長のゲートコンタクトおよび前記第3の細長のゲートコンタクトの下方にあり、前記第1の細長のゲートコンタクトと前記第3の細長のゲートコンタクトとの間にあるように置かれる、第3の細長のゲートコンタクトと、
・前記第1の細長のゲートコンタクトおよび前記第3の細長のゲートコンタクトのうちの少なくとも1つから、前記第2の複数のソース/エミッタコンタクト片の間に形成される空間内へと延在する第2の複数のゲート間プレートであって、追加的な内部容量が提供され、前記第2の複数のゲート間プレートの各々は、前記第2のソース/エミッタ注入物の一部分と重なり、前記第1の複数のゲート間プレートは、前記ゲート誘電体により分離される、第2の複数のゲート間プレートと
をさらに備える、請求項1に記載の縦型FET構造。
The epitaxial structure further comprises a second source / emitter injectate that is spaced apart from the first source / emitter injectate.
The second source of the second source / emitter contact pieces, spaced from each other so that the gate dielectric is not below the second source / emitter contact pieces. / A second plurality of source / emitter contact pieces isolated on the emitter injector,
A third elongated gate contact that is on the gate dielectric and the second source / emitter injectate is below the first elongated gate contact and the third elongated gate contact. A third elongated gate contact, which is located between the first elongated gate contact and the third elongated gate contact.
• Extends from at least one of the first elongated gate contact and the third elongated gate contact into the space formed between the second plurality of source / emitter contact pieces. A second plurality of gate-to-gate plates, provided with additional internal capacitance, each of the second plurality of gate-to-gate plates overlapping a portion of the second source / emitter injectate, said second. The vertical FET structure according to claim 1, wherein the plurality of intergate plates of 1 further includes a second plurality of intergate plates separated by the gate dielectric.
・前記第1の複数のゲート間プレートの各々は、前記第1の複数のソース/エミッタコンタクト片の近接する対の間に形成される空間を通って、前記第1の細長のゲートコンタクトと前記第2の細長のゲートコンタクトとの間に延在し、
・前記第2の複数のゲート間プレートの各々は、前記第2の複数のソース/エミッタコンタクト片の近接する対の間に形成される空間を通って、前記第1の細長のゲートコンタクトと前記第3の細長のゲートコンタクトとの間に延在する、
請求項18に記載の縦型FET構造。
Each of the first plurality of intergate plates passes through a space formed between adjacent pairs of the first plurality of source / emitter contact pieces to the first elongated gate contact and said. Extending between the second elongated gate contact,
Each of the second plurality of gate-to-gate plates passes through a space formed between adjacent pairs of the second plurality of source / emitter contact pieces to the first elongated gate contact and said. Extends between the third elongated gate contact,
The vertical FET structure according to claim 18.
前記第1の細長のゲートコンタクト、前記第2の細長のゲートコンタクト、および、前記第1の複数のゲート間プレートは、同じ材料から形成される、請求項18に記載の縦型FET構造。 The vertical FET structure according to claim 18, wherein the first elongated gate contact, the second elongated gate contact, and the first plurality of intergate plates are made of the same material. 前記第1の細長のゲートコンタクト、前記第2の細長のゲートコンタクト、および、前記第1の複数のゲート間プレートは、同じ材料から、共通の平面上に形成される、請求項18に記載の縦型FET構造。 18. The first elongated gate contact, the second elongated gate contact, and the first plurality of intergate plates are formed from the same material on a common plane, according to claim 18. Vertical FET structure. 前記エピタキシャル構造は、炭化ケイ素から形成される、請求項21に記載の縦型FET構造。 The vertical FET structure according to claim 21, wherein the epitaxial structure is formed of silicon carbide. ゲート-ソース/エミッタ容量と、ゲート-ドレイン/コレクタ容量とをさらに備え、前記ゲート-ドレイン/コレクタ容量に対する前記ゲート-ソース/エミッタ容量の比は、200から750の間である、請求項1に記載の縦型FET構造。 The gate-source / emitter capacity and the gate-drain / collector capacity are further provided, and the ratio of the gate-source / emitter capacity to the gate-drain / collector capacity is between 200 and 750, claim 1. The vertical FET structure described. ・上部表面、および、前記上部表面の反対の下部表面を有する炭化ケイ素基板と、
・前記下部表面上のドレインコンタクトと、
・前記炭化ケイ素基板の前記上部表面上にある炭化ケイ素エピタキシャル構造であって、中に第1のソース/エミッタ注入物が設けられている第1のソース/エミッタウェルが前記炭化ケイ素エピタキシャル構造内に形成されている、炭化ケイ素エピタキシャル構造と、
・複数のソースコンタクト片であって、前記複数のソースコンタクト片は前記第1のソース/エミッタウェルの連続的な部分上に直接、および前記第1のソース/エミッタ注入物の連続的な部分上に直接あるように、前記炭化ケイ素エピタキシャル構造上で互いに間をおいてそれぞれ隔置される、複数のソースコンタクト片と、
・前記炭化ケイ素エピタキシャル構造上のゲートコンタクトであって、前記ゲートコンタクトの延在部は、前記複数のソースコンタクト片の近接する対の間に形成される空間内で前記炭化ケイ素エピタキシャル構造上に延在し、
・前記ゲートコンタクトと前記炭化ケイ素エピタキシャル構造との間のゲート誘電体層であって、前記ゲート誘電体層は、前記ゲートコンタクトの前記延在部と前記炭化ケイ素エピタキシャル構造との間にも配置されている、ゲート誘電体層と、を備え、
前記ゲートコンタクトと前記ドレインコンタクトとの間で測定されるようなゲート-ドレイン容量に対する、前記ゲートコンタクトと前記複数のソースコンタクト片との間で測定されるようなゲート-ソース容量の比は、250から1000の範囲にある、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)構造。
A silicon carbide substrate having an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface.
・ The drain contact on the lower surface and
A first source / emitter well of a silicon carbide epitaxial structure on the upper surface of the silicon carbide substrate, wherein a first source / emitter injectate is provided therein. The silicon carbide epitaxial structure formed and
A plurality of source contact pieces, wherein the plurality of source contact pieces are directly on a continuous portion of the first source / emitter well and on a continuous portion of the first source / emitter injectate. With a plurality of source contact pieces, each spaced apart from each other on the silicon carbide epitaxial structure, as directly present in.
A gate contact on the silicon carbide epitaxial structure, the extending portion of the gate contact extends onto the silicon carbide epitaxial structure in a space formed between adjacent pairs of the plurality of source contact pieces. Being there
A gate dielectric layer between the gate contact and the silicon carbide epitaxial structure, the gate dielectric layer is also disposed between the extending portion of the gate contact and the silicon carbide epitaxial structure. With a gate dielectric layer,
The ratio of gate-source capacity as measured between the gate contact and the plurality of source contact pieces to gate-drain capacity as measured between the gate contact and the drain contact is 250. Metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) structure in the range from 1000 to 1000.
前記ゲート-ドレイン容量に対する前記ゲート-ソース容量の前記比は、350から1000の範囲にある、請求項24に記載のMOSFET構造。 24. The MOSFET structure of claim 24, wherein the ratio of gate-source capacity to gate-drain capacity ranges from 350 to 1000. 前記ゲート-ドレイン容量に対する前記ゲート-ソース容量の前記比は、250から750の間である、請求項24に記載のMOSFET構造。 24. The MOSFET structure of claim 24, wherein the ratio of gate-source capacity to gate-drain capacity is between 250 and 750. 前記ゲート-ドレイン容量に対する前記ゲート-ソース容量の前記比は、300から1,000の間である、請求項24に記載のMOSFET構造。 24. The MOSFET structure of claim 24, wherein the ratio of gate-source capacity to gate-drain capacity is between 300 and 1,000.
JP2019559011A 2017-01-17 2018-01-17 Vertical FET structure Active JP7022148B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/407,689 US10269955B2 (en) 2017-01-17 2017-01-17 Vertical FET structure
US15/407,689 2017-01-17
PCT/US2018/013987 WO2018136478A1 (en) 2017-01-17 2018-01-17 Vertical fet structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020505785A JP2020505785A (en) 2020-02-20
JP7022148B2 true JP7022148B2 (en) 2022-02-17

Family

ID=61148519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019559011A Active JP7022148B2 (en) 2017-01-17 2018-01-17 Vertical FET structure

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10269955B2 (en)
EP (1) EP3571722A1 (en)
JP (1) JP7022148B2 (en)
CN (1) CN110178225B (en)
WO (1) WO2018136478A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11094798B2 (en) 2019-06-14 2021-08-17 International Business Machines Corporation Vertical FET with symmetric junctions
WO2023223328A1 (en) * 2022-05-18 2023-11-23 Visic Technologies Ltd. Robust halfbridge
CN115241282B (en) * 2022-09-23 2023-01-10 浙江大学杭州国际科创中心 SiC MOSFET device and preparation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009158717A (en) 2007-12-26 2009-07-16 Nec Electronics Corp Vertical-type field effect transistor and method of manufacturing the same
JP2016015439A (en) 2014-07-03 2016-01-28 日産自動車株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of the same
WO2016185544A1 (en) 2015-05-18 2016-11-24 株式会社日立製作所 Semiconductor device and power conversion device

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6204123B1 (en) * 1998-10-30 2001-03-20 Sony Corporation Vertical floating gate transistor with epitaxial channel
US6812526B2 (en) * 2000-03-01 2004-11-02 General Semiconductor, Inc. Trench DMOS transistor structure having a low resistance path to a drain contact located on an upper surface
JP3795366B2 (en) * 2001-10-03 2006-07-12 プロモス テクノロジーズ インコーポレイテッド Memory element and manufacturing method thereof
US7118970B2 (en) * 2004-06-22 2006-10-10 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide devices with hybrid well regions
US20060011366A1 (en) * 2004-07-19 2006-01-19 Mighty Seven International Co., Ltd. Inlet valve for pneumatic tool
JP4777630B2 (en) * 2004-09-21 2011-09-21 株式会社日立製作所 Semiconductor device
JP4426955B2 (en) * 2004-11-30 2010-03-03 株式会社ルネサステクノロジ Semiconductor device
EP2191498B1 (en) * 2007-09-12 2014-07-02 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University Horizontally depleted metal semiconductor field effect transistor
JP2009088198A (en) * 2007-09-28 2009-04-23 Rohm Co Ltd Semiconductor device
JP5297706B2 (en) * 2008-07-07 2013-09-25 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device
BRPI1005000A2 (en) * 2010-11-26 2013-03-26 Mineracao Curimbaba Ltda process for obtaining biodiesel from vegetable, virgin or used vegetable oils and / or fats and biodiesel thus obtained
US8994078B2 (en) * 2012-06-29 2015-03-31 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device
US20150263145A1 (en) * 2014-03-14 2015-09-17 Cree, Inc. Igbt structure for wide band-gap semiconductor materials
JP6274968B2 (en) * 2014-05-16 2018-02-07 ローム株式会社 Semiconductor device
US20170213908A1 (en) 2014-07-25 2017-07-27 United Silicon Carbide, Inc. Self-aligned shielded-gate trench mos-controlled silicon carbide switch with reduced miller capacitance and method of manufacturing the same
US20170011054A1 (en) * 2015-07-11 2017-01-12 International Business Machines Corporation Intelligent caching in distributed clustered file systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009158717A (en) 2007-12-26 2009-07-16 Nec Electronics Corp Vertical-type field effect transistor and method of manufacturing the same
JP2016015439A (en) 2014-07-03 2016-01-28 日産自動車株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of the same
WO2016185544A1 (en) 2015-05-18 2016-11-24 株式会社日立製作所 Semiconductor device and power conversion device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NAKAMURA Yohei et al.,A Simulation Model for SiC Power MOSFET Based on Surface Potential,Proc. SISPAD 2016,米国,IEEE,2016年09月06日,pp.121-124

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020505785A (en) 2020-02-20
US20180204945A1 (en) 2018-07-19
US10269955B2 (en) 2019-04-23
CN110178225A (en) 2019-08-27
EP3571722A1 (en) 2019-11-27
WO2018136478A1 (en) 2018-07-26
CN110178225B (en) 2024-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10157983B2 (en) Vertical power MOS-gated device with high dopant concentration N-well below P-well and with floating P-islands
US9478614B2 (en) Semiconductor device
US9093522B1 (en) Vertical power MOSFET with planar channel and vertical field plate
US20180138312A1 (en) Lateral DMOS Device with Dummy Gate
US20150221731A1 (en) Vertical power mosfet having planar channel and its method of fabrication
US9711631B2 (en) Dual trench-gate IGBT structure
KR20010080325A (en) Power semiconductor devices having improved high frequency switching and breakdown characteristics
US20150187877A1 (en) Power semiconductor device
US9941265B2 (en) Circuitry with voltage limiting and capactive enhancement
JP6947915B2 (en) IGBT power device
JP7022148B2 (en) Vertical FET structure
JP2011517511A (en) A semiconductor device in which a first insulated gate field effect transistor is connected in series with a second field effect transistor
CN106449741B (en) A kind of insulated-gate bipolar transistor device structure
CN109755303B (en) IGBT power device
US20150144989A1 (en) Power semiconductor device and method of manufacturing the same
CN106992212B (en) Transistor device with increased gate-drain capacitance
Jiang et al. Simulation study of 4h-SiC trench MOSFETs with various gate structures
KR101539880B1 (en) Power semiconductor device
US10355132B2 (en) Power MOSFETs with superior high frequency figure-of-merit
EP3223316A1 (en) Wide bandgap power semiconductor device and method for manufacturing such a device
CN116031303B (en) Super junction device, manufacturing method thereof and electronic device
US9502498B2 (en) Power semiconductor device
CN114420744A (en) IGBT device with thyristor structure and clamped by self-biased MOS
CN117425965A (en) Silicon carbide semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190822

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200819

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200824

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210408

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210713

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211110

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20211110

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20211119

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20211122

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220204

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7022148

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350